Wojskowe obserwacyjne, przyrządy optoelektroniczne dzielą się na następujące grupy:

- noktowizory (N);

- wzmacniacze optyczne (Image intesifiers - II);

- termowizory (thermal imagers - TI);

Ze względu na daleko idące podobieństwa konstrukcyjne, w polskiej nomenklaturze utarło się określać pierwsze dwie grupy wspólnym mianem noktowizorów. Nowoczesne armie korzystają wyłącznie ze wzmacniaczy optycznych. Noktowizory klasyczne, zostały przez wyżej wymienione niemalże całkowicie wyparte.

Wzmacniacze optyczne i noktowizory posiadają trzy podstawowe elementy: obiektyw, przetwornik optoelektroniczny (wraz z układem zasilania), okular.

A teraz trochę, nieszczęsnej, teorii :)

Poniższy rysunek przedstawia widmo fali elektromagnetycznej.

Ludzkie oko reaguje w zakresie długości od ok. 400 nm do ok. 800 nm fali EM. Przedział ten nazwany został zakresem widzialnym. Powyżej 800 nm rozciąga się już tzw. podczerwień (Infra Red - IR, "infra czerwień"), ta długość fali jest już nie widoczna dla ludzkiego oka. Podczerwień możemy rozdzielić na trzy przedziały: bliskiej, pośredniej i głębokiej podczerwieni.

Noktowizory i wzmacniacze optyczne działają w zakresie światła widzialnego i w pewnym zakresie bliskiej podczerwieni. Jest to przedział w granicach 400 nm do około 950 nm (choć możliwe jest przedłużenie tego zakresu, nawet do 1770 nm; pasma powyżej 3000 nm (3 micrometrów) wykorzystują już termowizory.

Klasyczne noktowizory

W klasycznym noktowizorze aby otrzymać obraz obserwowanego obiektu musimy oświetlić cel promieniami podczerwieni w zakresie około: 750 - 850 nm. Promieniowanie o takiej długości fali jest niewidzialne dla ludzkiego oka (ze względu na zbyt małą energię fotonów). Strumień podczerwieni odbija się od celu i "powraca" do noktowizora. Noktowizor przetwarza promieniowanie podczerwone na zakres światła widzialnego. W okularze obserwujemy oświetlony promiennikiem podczerwieni cel, obraz jest monochromatyczno zielony.

Ale jak to się stało, że noktowizor przetworzył promienie IR na światło widzialne?

To wyjaśnimy już za chwilę, na razie wróćmy jednak do klasycznych noktowizorów.

Promiennik podczerwieni jest więc bardzo potrzebny do pracy klasycznych noktowizorów. Z punktu widzenia zastosowań wojskowych noktowizor klasyczny ma jednak bardzo poważną wadę, która spowodowała, że obecnie tych urządzeń się nie stosuje. Jeżeli uruchomimy promiennik podczerwieni to ktoś kto również obserwuje teren przy pomocy noktowizora, od razu zobaczy nasz działający promiennik. Tym samym zdemaskujemy naszą pozycję.

Ta wada doprowadziła do powstania dwóch typów noktowizorów klasycznych:

- noktowizorów aktywnych - z własnymi promiennikami podczerwieni;

- noktowizorów pasywnych - bez własnych promienników podczerwieni;

Noktowizor pasywny jest nie możliwy do wykrycia, bo nie emituje promieniowania IR. Niestety, brak promiennika IR drastycznie zmniejsza skuteczność noktowizora pasywnego (po prostu nic nie widać). Noktowizory pasywne stosowano, więc w systemie: jeden aktywny, drugi pasywny. Na przykład z dwóch czołgów jeden poruszając się oświetla cel promiennikiem, drugi stojąc obserwuje cel noktowizorem pasywnym. Po 10 sekundach następuje zamiana.

A teraz powróćmy do pytania: jak to się stało, że noktowizor przetworzył promienie IR na światło widzialne?

Przetwornik optoelektroniczny (POE)

Sercem noktowizorów i wzmacniaczy optycznych jest przetwornik optoelektroniczny. Jak można domyśleć się z nazwy, element ten przetwarza światło (fotony) na energię elektryczną (elektrony).

Przetwornik jest w rzeczywistości odpowiednio ukształtowaną lampą analogową. Zogniskowany przez obiektyw foton (a raczej ich miliardy) pada na fotokatodę. Fotokatoda to cienka, powleczona warstwą półprzewodnika płytka. Zgodnie z założeniami zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego, padający foton może zderzyć się z wolnym elektronem (znajdującym się w materiale fotokatody) przekazując mu część swojej energii. Jeżeli energia ta będzie dostatecznie duża, elektron może wykonać pracę wyjścia i "wyrwać się" ze struktury metalu. Foton uwalnia elektron, ze światła mamy więc prąd. Wewnątrz naszej lampy noktowizyjnej mamy próżnię. Dzięki temu uwolnione elektrony mogą swobodnie poruszać się we wnętrzu przetwornika. Elektrony zostają przyśpieszone różnicą potencjałów (napięciem elektrycznym) między fotokatodą a anodą (ekranem fosforowym). Aby pędzące elektrony odpowiednio "wcelowały" w ekran fosforowy, stosuje się soczewkę elektrostatyczną. Elektrony padając na ekran fosforowy wybijają fotony (dzieje się tak zgodnie z założeniami efektu elektroluminescencji). Fotony mają energię proporcjonalną do energii elektronów. W konsekwencji otrzymujemy kontrastowy, wierny obraz obserwowanej sceny. I to już koniec.

Czułość noktowizora zależy od parametrów fotokatody. To fotokatoda dostarcza elektrony (prąd) do dalszej "obróbki" w przetworniku. Jakość fotokatody wyrażona jest w mikroamperach na lumen: uA/lm. Lepsza fotokatoda pozwala wytworzyć więcej mikroamperów prądu z jednego lumena światła.

Klasyczne noktowizory (tzw. generacja zero) miały maksymalnie 60 uA/lm.

Wzmacniacze optyczne (II)

Wzmacniacze optyczne różnią się od noktowizorów tym tylko, że zastosowane w nich POE mają wysoką czułość fotokatod. Wzmacniacze optyczne to wersja rozwojowa noktowizorów. Działają na zasadzie wzmacniania światła szczątkowego. Obiektywy gromadzą światło, które zostaje wzmocnione przez przetworniki OE. Są to urządzenia całkowicie pasywne, nie możliwe do wykrycia. Wzmacniacze optyczne całkowicie wyparły z użycia noktowizory. Klasę i jakość wzmacniaczy optycznych określają generacje.

---